轮胎起重机抗倾覆稳定性计算的探讨

轮胎起重机抗倾覆稳定性计算的探讨

长航红光港机厂(宜昌440000)　王旺生武汉交通科技大学(武汉430063)　胡吉全

摘　要　轮胎起重机稳定性主要指行驶稳定性和起重稳定性。稳定性计算时,重点应考虑倾覆轴线和水平

惯性力的确定问题,并要按无风静载、有风动载、突然卸载或吊具脱落、非工作状态4种工况进行稳定性校核。

关键词　轮胎起重机　稳定性　失稳　倾覆

1　引言

收稿日期:1998-10-30

起重机的抗倾覆稳定性是关系到起重机能否安全作业的重要指标。世界各起重机生产国对起重机的抗倾覆稳定性都制定了严格的校核法规。我国起重机设计规范GB 3811283对不同类型起重机的稳定性校核计算作了明确的规定。根据轮胎起重机的工作特点,规范规定应按起重机组别 对4种工况进行校核,并强调每一工况都应考虑最不利的载荷组合。规范对于不同类型起重机的稳定性计算工况作了规定,各验算工况下载荷系数的取值亦不相同。如何正确体现轮胎起重机各工况下最不利的工况组合,这是设计者应根据起重机工作具体情况而考虑的问题。本文根据笔者多年从事轮胎起重机设计的工作经验,对轮胎起重机设计时稳定性的计算进行探讨。

2　轮胎起重机稳定性计算类别

轮胎起重机是一种流动起重机械,其工作情况比一般起重机更复杂。除了定点作业可以带支腿和不带支腿作业外,还要求能带载行驶,并可以在行驶过程中作业。因此轮胎起重机的稳定性应考虑以下几种情况。211　行驶稳定性

[2]

轮胎起重机在行驶过程中,由于受各种外载荷的作用和受各种道路、气候条件的影响,当超过某一限度时,可能发生倾覆失稳。如同一般装卸车辆一样,轮胎起重机的行驶失稳主要有纵向和横向两种。纵向失稳是指行驶中的起重机由于受水平惯性力、纵向坡道力、纵向风力等的作用,使整机绕前轮或后轮接地点连线发生倾覆;横向失稳是指起重

机在弯道上或在直道上转弯行驶时受侧向离心力或横坡力、横风力等的作用,而使起重机发生横向侧滑或横向倾翻。与一般车辆相比,轮胎起重机的轮距和轴距相对较大,行驶速度较低,但一般行驶路面条件较差,整机重心较高。这些是在具体计算中应加以注意的。212　起重稳定性

轮胎起重机在定点作业过程中抵抗倾覆的能力称为起重稳定性。起重机设计规范所规定的稳定性校核主要是指起重稳定性,它包括无风静载、有风动载、突然卸载或吊具脱落、非工作状态4种工况。对于每一种工况,确定起重机的工作状态,选定计算载荷是稳定性校核中应着重考虑的问题。

3　轮胎起重机稳定性计算时应着重考虑的

问题

影响轮胎起重机稳定性计算的因素很多,在实际计算中应着重考虑以下问题:311　倾覆轴线的确定

轮胎起重机实际工作时工况各异,要校核不同工况下的稳定性,首先应正确选定倾覆轴线。带支腿作业时,倾覆轴线应为各支撑中心的连线。用轮胎支承作业或行驶时,应考虑将转向桥和驱动桥均锁定,倾覆轴线为轮子接地点的连线。对装有双胎的车桥,倾覆轴线为外轮着地点的连线。312　水平惯性力的确定31211　行驶水平惯性力

轮胎起重机在直线行驶起、制动时,产生纵向水平惯性力。当起重机的质量为G 0,吊运货物质量为

Q ,起动加速度或制动减速度为a j 时,惯性力的计算

表达式为

港口装卸　1998年第6期(总第120期)

F j =

G 0+Q

g

a j

(1)

轮胎起重机在弯道上或转向行驶时,产生横向水平惯性力。当起重机的运行速度为

v ,转弯半径为

R 时,惯性力的计算式为

F jy

=G 0+Q gR

v

2(2)

31212　吊重偏摆水平惯性力

轮胎起重机在定点作业时,水平惯性力主要是由吊重偏摆所引起。吊重偏摆受多种因素的影响,其中大多是随机影响量。目前对偏摆角尚无统一计算方法。由于轮胎起重机的起重能力随幅度变化,幅度小时,臂端线速度低,允许的切向加速度小;幅度大时,臂端线速度高,允许的切向加速度大。经对各种不同吨位和各种类型的轮胎起重机进行计算和比较分析,可以按下式计算吊绳偏摆角。

对通用轮胎起重机

Α=arctg (01026

R )

(3)

对港口轮胎起重机

Α=arctg (0.03R )

(4)式中R 为工作幅度,m 。

31213　工作状态计算风压取值

轮胎起重机由于本身的构造特点,在作业过程中受风力影响比其它起重机小。例如当作业时突遇

大风,司机可以及时放下臂架以减小迎风面积。计算稳定性时,可以根据臂长的不同选用不同的计算风压值,或根据用户特殊要求选取。臂长小于50m 时,计算风压取值125Pa ;臂长大于或等于50m 时,计算风压取值40Pa 。无风静载工况,载荷系数取规范最小值时,为了保证在稳定性试验时能够承受813m s 的风速,还应考虑风压值为40Pa 的风力作用。

31214　稳定性裕度的考虑

起重机设计规范规定了在特殊条件下确保轮胎起重机稳定性的最小裕度,起重机无风静载稳定性试验载荷取与校核计算载荷相同的值。轮胎起重机实际工况往往与试验工况有一定差异,如起重机工作时支腿不易调平;可能在坡道上作业;工作状态风力与地区有关;各种惯性力大多数是随机变量并与司机操作方法和熟练程度有关,加上起升载荷误差和实际幅度误差等,因此应有一定的稳定性裕度。根据设计和使用经验,稳定性计算时起升载荷的载荷系数取值可按表1进行。

表1　起升载荷的载荷系数取值

起升载荷

起重机类　型

配起重力矩限制器不配力矩限制器Υ1

Υ2

Υ1

Υ2

P Q <16t

小型114+011

G 1P Q 112511

55+011G 1

P Q 11416t ≤P Q <25t 中型114+011G 1P Q 11251145+011G 1

P Q 11325t ≤P Q <50t 大型113+011G 1

P Q

112P Q >50t

特大型1125+011

G 1

P Q

11154　稳定性计算方法

411　行驶稳定性计算

轮胎起重机的行驶稳定性计算在规范中未作规定,实际计算时可以根据轮胎起重机的构造特点,参考一般装卸搬运车辆的计算方法进行[3]。

轮胎起重机在行驶过程中倾覆时,主要受两种力(重力及整体惯性力)的作用,它们都作用在质量中心O ,从图1中可以看出,当F h g >Ge 时,起重机可能倾翻。

图1　起重机稳定性受力分析

为了保证起重机稳定,要求

F G ≤e h g

(5)

式中:e ——重心距倾覆轴线的水平距离;

h g ——重心距地面的垂直高度;

G ——起重机的合成重力;F ——起重机的水平惯性力。

这里必须规定各工况下必要的F

G

值,因此保证起重机行驶稳定性的条件为

tg Η=

e h g ≥〔F G

〕=〔tg Η〕(6)

风作用力和坡道力的影响在〔tg Η

〕中考虑。轮胎起重机抗倾覆稳定性计算的探讨——王旺生胡吉全